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1、 嵌入式指纹锁的设计与实现 作者：深圳国际技术创新研究院 张立群 连全斌 李铁才 时间：2006-06-01 来源:本站原创 摘要：指纹识别具有唯一性、可靠性，在安全领域得到了广泛的应用。本文在基于指纹识别模块的基础上开发了嵌入式指纹锁， 为指纹识别技术在嵌入式系统上的应用提供了一套很好的软硬件设计方案。随着指纹自动识别系统体积的不断缩小，以及微处理器功能与速度的不断提高，复杂的指纹识别门锁控制算法已可以被固化到一块体积非常小的嵌入式微处理器模块上，该模块与指纹传感器、门锁控制 的系统 为嵌入式指纹识别门锁系统。嵌入式指纹锁的应用领域 广泛，有 、实 、 的 。本文基于指纹识别模块设计 实现了
2、嵌入式指纹锁， 了一套 的软、硬件设计方案。指纹识别门锁系统的硬件 指纹识别门锁系统的硬件 要 ：指纹识别模块、微控制器、 模块、 源理 控锁 以及门锁功能的感应 currency1LCD“ ，fifl 指纹识别模块 微控制器。指纹识别门锁系统的 1“， 指纹识别功能模块。1 指纹识别门锁系统的 门锁控制 门锁控制的fi 微控制器P89LPC932A1， 一”的MCU， 于 要高 度、 本的 ，可以 方的性能要。P89LPC932A1 了 系统的功能， 可 件的、 积以及系统的 本。MCU 与指纹识别模块 ， 指纹的 入、 、 ， 控制门锁 开门的动作。以 P89LPC932A1为fi的门锁控
3、制 原理2“。P89LPC932A1 的I/O 26 ，可以设fl 的 、LCDcurrency1“、指“ 、 、器 的。 用来入 的，LCD“用 的 ID ， 指“ 器用来提 用 作 功 发 提“。 ， 有一 程控制的 开，用于设备的上 有开门的 作。具体设计可根据不同的应用 实际功能增 围器件，在尽量功能的前提下降系统功耗。 控制fl 由 发 逻辑命令驱动 开锁动作。U1 源控制芯R1121N, 3.3V ；U2 I2C 模块E2PROM，指纹锁的开门记 重要 都 存在。R1121N CMOS工艺 压调节器，具有很高的 压 精度、很的入 流。2 门锁控制系统的 原理3 驱动控制原理 的功耗
4、设计功耗系统设计的基本要下：1) 系统有的 都具有功耗理功能，即该 在非有效 作期间都能被断（没有功耗）。系统具有有效时空占空 实施精细功耗理的能力，能做到 理的系统功耗 配。2) 于系统无法企及的微观有效 作，要由 静、动特性来功耗 配，即 动态 程有功耗， 静态时没有功耗。本嵌入式门锁系统采用4节1.5V的 池供 ， 无用功耗尽量要降到最，以 的工作方式选择 全掉 模式。门锁系统功耗的重要因素有 源 压，currency1振频率，功能模块的设置，以及I/O fl 的设置。在本系统，选择3.3V作为 的供 压；选择flcurrency1振，在节省fl资源的同时降了功耗。当MCU入 全掉 状态
5、以 ，可由看门狗定时器（利用复位断）、fl断INT0/INT1、 断、实时时钟 唤 。INT0/INT1断为下降沿/ 平有效， 断为 平有效，因此在 入断前必须 相应引脚为高 平，则很难将MCU从 全掉 状态下唤 。 嵌入式系统的实时功耗理能力表现在能 系统照有效 作时空占空 来实现系统时空的最静态化运 ，的fi技术 系统时钟与 流的控制与调度。在系统无效 作的时间 区域上，终止时钟运 入，禁止开、脉冲 入。经 理的任务 配 可以降系统静态功耗，同时在硬件资源选择上作 调。实 表明，经 理任务 配 ，系统的静态功耗可以降到10mA，正常工作时 流于100mA。与同类产品相 ，本系统的功耗性能良
6、好。4 系统初始化步骤5 带 的 格式驱动 械驱动fl 用小型的直流 动 来 驱动。由于 的驱动能力极有限，以要 的 驱动放。 里采用BA6289逻辑控制芯。可以接收TTL 逻辑 平，用于驱动感性负载。根据 门锁的不同 作 逻辑控制，驱动 的正反转，推动门锁上的锁舌 。 正转，锁舌退，实现开门动作；反转，锁舌 ，实现门动作。 正反转控制 的原理3“。系统加 设计 系统一 都采用MCU+EPROM模式。 常EPROM都 明的， 有 的MCU都带有加 位， 现在已 能 。为了 自 开发的指纹识别门锁算法，系统加 。常用的 加 技术有硬件加 软件加 。软件加 不能 止别 复制， 能增加 的难度，安全
7、性不。现在很 的MCU都带有加 位，在 运用得最 功的加 方法 法。即 据 的特定I/O 性 ， 者即 了加 位， 无法 程 的正 。此 有 EA引脚的方法。 方法用来加 小程 功， 由于 已被 ，因 不能 用 来 接 芯存 器，同时，存 器 不 具有重复程特性。系统软件设计该指纹识别门锁系统 全自 开发的具有立识产的软件， 的系统理增 了软件的 性可currency1性， 的指纹识别命令 可以自动 指纹的 、识别以及指纹据的 。系统软件 程“控制fl fl 。“控制fl 了门锁控制软件开门、应 开门、指纹 入、指纹 程 ，以及指纹识别理、 源理、定时器断理、看门狗、fl指令处理 I2C 存
8、器 程 。 fl 要 驱动程 ， 据接收、据发fi、fl 、据 处理 程 ；设备驱动 存器配置 系统状态控制 程 。|表1 指纹锁的性能指系统初始化嵌入式指纹锁系统在动复位 ，要 系统硬件 软件运 初始化， 工作由动程 ，动程 常采用 。 好动程 设计好嵌入式程 的 ，系统动程 的 作与具体的系统 开发系统相，流程4“。 指纹识别软件的命令系统理 功能fl件新下载、设备复位、fl件”处理、 的用 量、存 器 、安全、设置安全、 用 的指纹、设置 用 入的指纹以及设置 特率 。指纹识别命令 自动ID 用 、 定ID 用 、 定ID用 、配 用 、 有用 、 定ID用 识别、自动ID用 识别、提
9、特 、特 配、从模块 特 以及在模块存 特 。下 该软件指纹识别命令自动用 fl 的设计明。自动用 指系统 用自动选择的ID 用 ，下：STI_USER_REGISTR ATION：开始 0x1b - 0x5e - 0x50 - Start ID NumberH- Start ID NumberL STI_USER_REGISTRATION _SUCCESS： 功0x1b - 0x5e - 0x51 - Start ID NumberH- Start ID NumberL Start ID NumberH/ Start ID NumberL为 开始时的IDSTI_USER_REGISTR AT
10、ION_ERROR： 0x1b - 0x5e - 0x52 - 0x00- ID Number 与指纹模块的 系统的工作fi 指纹模块， 了 指纹处理的有 作。指纹识别模块 RS232 与 用者接 ， 用者 此接 来命令模块 指纹采、指纹 一系 作。 与指纹模块的 为 工步 ，RS232接 省的 特率为9600bps。 与指纹模块的 ， 命令、据、 的接收 发fi都采用的 式 ， 格式 识、 度、 fl 。由于 ，在据接收的开始有时 一 节，以在接收据 时可能因为接收 节不 全程 入 。 里采用在 定时间没有接收到据则 退 接收程 ， 重新接收据的方法，由于指纹模块与 的工作频率非常 ，根本不
11、 该系统的工作。同， 模块 一 来传 命令，在程 时利用 来存 ReceiveMax从模块接收到的据，5“。 模块发fi命令 接收命令时，经常 有一 节， Receive Max据 一 节。 指纹模块的 可， 的fl据都相同， 有一 不同的 在据的间fl 。以，根据模块动作的 可能在接收据的 ReceiveMax 应的一 ， 可以正 断模块的动作。系统 根据门锁的安全性能指设计 方案，系统 要从以下 方 ：1) 用不同 量的指纹：用500 的不同指纹 开锁、 ；2) 同一指纹在不同 件下： 、 、压力 度不同、位置度不同、下 开锁 ；3) 不间断的工作方式： 时间的 、频 的开锁、锁， 系统的
12、 定性；4) 为制 紧状： 源不下、恶性开锁、开锁 忘记门、普 用 手指不能开门、 非法用限 。指纹锁的fifl 的各项性能指表1“。经 量的 工作，本门锁系统的性能状态良好，安全性 易用性的指要。门锁系统从功能上具有授 入指纹、ID 指纹、记 最近的10 开门记 ，可 入150枚指纹。本系统采用了嵌入式的体系 ，以及精度高、反应 、功耗、体积小的围器件，配 熟的指纹识别算法 善的功能设计，以及应开门方案、加 设计 功耗设计。本嵌入式指纹锁的识率为0.001%0.01%，拒识率为0.1%1%，处理速度于0.3s， 全指纹识别产品的要。由本系统为fi制作的小本嵌入式指纹锁已于2005年末供应海市。签： |指纹识别|嵌入式系统|门锁控制|功耗|
